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Kühlanordnung für Erregerspulen, die auf ausgeprägten Polen von Läufern elektrischer Maschinen angeordnet sind
Zwecks Abführung der durch Verluste erzeugten Wärme aus den Erregerspulen von Läufern elektrischer Maschinen mit ausgeprägten Polen wird unter anderem ein Strom eines gasförmigen Kühlmittels verwendet, welcher mit der Oberfläche der Spulen sowohl an der Stirnseite, als auch an den Seitenwänden in Berührung kommt.
Ein Nachteil der bestehenden Anordnungen ist, dass das zwischen die Spulen gelangende Kühlmittel mit deren Oberfläche nur ungenügend und mit kleiner gegenseitiger Geschwindigkeit in Berührung kommt.
Die Seitenwände der Nachbarspulen divergieren in radialer Richtung von der Achse weg, u. zw. oft in sehr hohem Mass, so dass der Strom des Kühlmittels, welches durch Lüfter in axialer oder radialer Richtung zwischen die Spulen zugeführt wird, an Geschwindigkeit einbüsst und nicht vollkommen zur Wärmeabführung ausgenützt wird, da er nicht genügend wirksam mit der Spulenoberfläche in Berührung kommt.
Um den Stand der Technik einwandfrei klarzustellen, wird noch auf die Schweizer Patentschrift Nr. 70335 hingewiesen, in welcher zylindrische Hülsen vorgeschlagen sind, die die im Querschnitt kreisförmigen Polspulen eines Polrades umfassen, um eine Verbesserung der Spulenbelüftung zu erzielen.
Es handelt sich da jedoch um ältere Konstruktionen von Magnetradern, wo sehr kleine Abmessungen in Achsrichtung der Maschine bestanden, und wo keine ausgesprochenen Ventilatoren angewendet wurden.
Es war auch damals nicht notwendig, die in Achsrichtung der Maschine sehr kurzen Erregerspulen in Längsrichtung intensiv zu belüften.
Die erfindungsgemässe Kühlanordnung für Erregerspulen, die auf ausgeprägten Polen von Läufern elektrischer Maschinen angeordnet sind, besitzt in der Pollücke zwischen den Spulenflanken Verdrängerkörper, deren Seitenflächen sich in der Nähe der Oberfläche der genannten Spulenflanken befinden, und parallel oder zu ihnen schräg stehen, so dass sie im Querschnitt im wesentlichen ein V-förmiges Gebilde vorstellen.
Beispiele der erfindungsgemässen Anordnung sind in der Zeichnung dargestellt, wo die Fig. 1-3 die grundsätzliche Anordnung von Verdrängerkörpern in der Pollücke zwischen den Seitenwänden von Nachbarspulen in einer Ansicht parallel zur Läuferachse darstellen, wobei die Verdrängerkörper nach Fig. l im Schnitt als getrennte ebene Wande, nach Fig. 2 als zusammenhängende und die Abstufungen der Spulenflanken verfolgende Wände und nach Fig. 3 alsv-fbrmige Wande ausgeführt sind ;
Fig. 4 zeigt eine Seiten-
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einer Ausführung mit axialem Eintritt des Kühlmittels und in den Fig. 8 und 9 eine Ausführung mit Ver- drängerkörpern, deren die Spulen axial überragende Enden nach vorne gebogen sind und so Schaufeln mit Schöpfwirkung in Axialrichtung bilden, gezeigt. Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen eine Seitenansicht und einen axialen Schnitt einer Anordnung, gemäss welcher die Verdrängerkörper und Distanzstücke der Spulen zu einem Stück vereinigt sind.
In Fig. 1 ist eine Ansicht in axialer Richtung auf zwei am Läufer einer elektrischen Maschine angeordnete Polspulen 2 dargestellt, in deren Pollücken zwei ebene Wände 1 des Verdrängerkörpers vorgesehen sind, deren Abstand von den Seitenwänden der Spulen 2 sich in der Richtung von der Achse des Läufers weg verringert. Durch Pfeile ist die Richtung der Strömung von Luft oder eines andern gasförmigen Kühlmittels dargestellt.
Die Luft tritt zwischen der Seitenwand der Spule 2 und der Wand nahe der Sohle der
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Spule 2 ein, wo der Durchflussquerschnitt wesentlich grösser ist als gegen den Spulenkopf hin, so dass der
Luftstrom durch die Wand 1 einerseits so gleichgerichtet wird, dass er gezwungen ist, an der Spule 2 vorbeizuströmen und seine Strömungsgeschwindigkeit gegen den Kopf der Spule 2 zu ansteigt.
In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung gezeigr wie in Fig. l ; die beiden Wände 1 des Verdrängerkör- pers sind jedoch an der der Läuferachse zugekehrten Seite verbunden und besitzen eine Form, die durch den stufenförmigen Querschnitt der Flanken der Spulen 2 gegeben ist.
Gemäss Fig. 3 sind die beiden ebenen Wände 1 des Verdrängerkörpers zu einem im Querschnitt V-förmigen Gebilde vereinigt. Die Wände des Verdrängerkörpers können unter Umständen entweder mit der Seitenfläche der Spulen parallel sein, oder, wie in den Fig. 1-3 angedeutet ist, sich in Richtung des entweichenden Kühlmittels dieser Oberflächen nähern. Die Verdrängerkörper 1 können, wie die Fig. 4 und 5 zeigen, nur einen Teil der axialen Länge L der Spule 2, oder die volle Länge einnehmen.
Bei axialem Eintritt des Kühlmittels in den Raum zwischen den Spulen 2 können, wie die Fig. 6 und 7 zeigen, die vereinigten Wände des Verdrängungskörpers die Form der Vorderseite eines Bootes erhalten, welche den Strom des Kühlmittels gegen die Oberfläche der Nachbarspulen aufteilt. Wie in den Fig. 8 und 9 dargestellt ist, können die überragenden Enden der vereinigten Wände 1 nach vorne gebogen werden und so Schaufeln 4 bilden, die das Kühlmittel durch Schöpfwirkung aufnehmen und in axialer Richtung in die Pollücken weitertreibe-n.
Falls es nötig ist, bei grösserer axialer Länge der Poispulen 2 die Seitenwände der Nachbarspulen gegeneinander durch Distanzstücke zu verspreizen, ist es, wie die Fig. 10 und 11 zeigen, möglich, durch Vereinigung von Distanzstücken 5 mit dem Verdrängerkörper 1 eine gute Verteilung des Kühlmittels an der Oberfläche der Spulen 2 zu erreichen.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung wird die Intensität der Kühlung der Oberfläche der Spulen 2 wesentlich erhöht, namentlich, wenn die Länge L der Spulen verhältnismässig gross ist. Es können ferner verschiedene Kombinationen der Ausführungen zur Geltung kommen, wie z. B. die Anordnung des Eintrittes des Kühlmittels nach den Fig. 4 und 5 mit der Anordnung der Enden des Verdrängerkörpers 1 für axialen Eintritt des Kühlmittels nach den Fig. 6 und 7 oder 8 und 9. Die Verdrängerkörper können aus Metall, aus einem Isolierstoff oder nicht magnetischem Material bzw. aus Metall mit Isolierschicht ausgeführt werden. Zur Verhütung von unerwünschten elektrischen Strömen werden bei elektrisch leitfähigen Verdrängerkörpern Isoliereinlagen vorgesehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kühlanordnung für Erregerspulen, die an ausgeprägten Polen von Läufern elektrischer Maschinen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in den Pollücken, zwischen den Spulenflanken Verdrängerkörper (1) vorgesehen sind, deren Seitenflächen sich in der Nähe der Oberfläche der genannten Spulenflanken befinden und parallel oder zu ihnen schräg stehen, so dass sie im Querschnitt im wesentlichenein V-förmiges Gebilde vorstellen (Fig. 1, 2, 3, 4, 5).
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Cooling arrangement for excitation coils which are arranged on pronounced poles of rotors of electrical machines
In order to dissipate the heat generated by losses from the excitation coils of rotors of electrical machines with pronounced poles, a stream of a gaseous coolant is used, among other things, which comes into contact with the surface of the coils both on the front side and on the side walls.
A disadvantage of the existing arrangements is that the coolant that gets between the coils does not come into contact with the surface of the coils sufficiently and at a low mutual speed.
The side walls of the neighboring coils diverge in the radial direction away from the axis, u. Often to a very high degree, so that the flow of coolant, which is fed between the coils in the axial or radial direction by the fan, loses speed and is not fully used for heat dissipation, as it does not come into contact with the coil surface effectively comes.
In order to clarify the state of the art perfectly, reference is also made to Swiss patent specification No. 70335, in which cylindrical sleeves are proposed which encompass the pole coils of a pole wheel, which are circular in cross section, in order to improve the coil ventilation.
However, there are older designs of magnetic wheels, where there were very small dimensions in the axial direction of the machine, and where no dedicated fans were used.
Even then, it was not necessary to intensively ventilate the excitation coils, which were very short in the axial direction of the machine, in the longitudinal direction.
The cooling arrangement according to the invention for excitation coils, which are arranged on pronounced poles of rotors of electrical machines, has displacement bodies in the pole gap between the coil flanks, the side surfaces of which are located near the surface of the mentioned coil flanks, and are parallel or inclined to them so that they imagine a V-shaped structure in cross section.
Examples of the arrangement according to the invention are shown in the drawing, where FIGS. 1-3 show the basic arrangement of displacement bodies in the pole gap between the side walls of neighboring coils in a view parallel to the rotor axis, the displacement bodies according to FIG. 1 in section as a separate plane Walls, according to FIG. 2, are designed as coherent walls that follow the gradations of the coil flanks and according to FIG. 3 as v-shaped walls;
Fig. 4 shows a side
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an embodiment with axial inlet of the coolant and in FIGS. 8 and 9 an embodiment with displacement bodies whose ends protruding axially beyond the coils are bent forward and thus form blades with a scooping effect in the axial direction. 10 and 11 illustrate a side view and an axial section of an arrangement according to which the displacement bodies and spacers of the coils are combined into one piece.
In Fig. 1 is a view in the axial direction of two arranged on the rotor of an electrical machine pole coils 2, in the pole gaps two flat walls 1 of the displacer are provided, the distance from the side walls of the coils 2 in the direction of the axis of the Runner away. The direction of the flow of air or another gaseous coolant is shown by arrows.
The air passes between the side wall of the coil 2 and the wall near the sole of the
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Coil 2, where the flow cross-section is significantly larger than towards the coil head, so that the
The air flow through the wall 1 is on the one hand rectified in such a way that it is forced to flow past the coil 2 and its flow velocity towards the head of the coil 2 increases.
In Fig. 2 a similar arrangement is shown as in Fig. 1; However, the two walls 1 of the displacement body are connected on the side facing the rotor axis and have a shape which is given by the step-shaped cross section of the flanks of the coils 2.
According to FIG. 3, the two flat walls 1 of the displacement body are combined to form a structure with a V-shaped cross section. The walls of the displacement body can under certain circumstances either be parallel to the side surface of the coils or, as indicated in FIGS. 1-3, approach these surfaces in the direction of the escaping coolant. The displacers 1 can, as FIGS. 4 and 5 show, occupy only part of the axial length L of the coil 2 or the full length.
When the coolant enters the space between the coils 2 axially, as FIGS. 6 and 7 show, the combined walls of the displacement body can be given the shape of the front of a boat, which divides the flow of the coolant against the surface of the neighboring coils. As shown in FIGS. 8 and 9, the protruding ends of the combined walls 1 can be bent forward and thus form blades 4 which take up the coolant by means of a scooping action and drive it further in the axial direction into the pole gaps.
If it is necessary to spread the side walls of the neighboring coils against each other with spacers when the axial length of the poi coils 2 is greater, it is possible, as shown in FIGS. 10 and 11, to ensure a good distribution of the coolant by combining spacers 5 with the displacement body 1 to reach on the surface of the coils 2.
Due to the arrangement according to the invention, the intensity of the cooling of the surface of the coils 2 is significantly increased, in particular when the length L of the coils is relatively large. Various combinations of the designs can also come into play, such as B. the arrangement of the inlet of the coolant according to FIGS. 4 and 5 with the arrangement of the ends of the displacer 1 for axial entry of the coolant according to FIGS. 6 and 7 or 8 and 9. The displacers can be made of metal, an insulating material or non-magnetic material or metal with an insulating layer. In order to prevent undesired electrical currents, insulating inserts are provided for electrically conductive displacement bodies.
PATENT CLAIMS:
1. Cooling arrangement for excitation coils which are arranged on pronounced poles of rotors of electrical machines, characterized in that displacement bodies (1) are provided in the pole gaps between the coil flanks, the side surfaces of which are located near the surface of the said coil flanks and are parallel or stand obliquely to them so that they present a substantially V-shaped structure in cross section (Figs. 1, 2, 3, 4, 5).